JPH1091250A - Device and method for adjusting temperature in low-temperature test chamber - Google Patents

Device and method for adjusting temperature in low-temperature test chamber

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JPH1091250A
JPH1091250A JP9184987A JP18498797A JPH1091250A JP H1091250 A JPH1091250 A JP H1091250A JP 9184987 A JP9184987 A JP 9184987A JP 18498797 A JP18498797 A JP 18498797A JP H1091250 A JPH1091250 A JP H1091250A
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test chamber
temperature
capillary
fluid
heater
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JP9184987A
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Japanese (ja)
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Ronald E Sager
ロナルド・イー・セイジャー
Stefano Spagna
ステファノ・スパーニャ
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Quantum Design Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a double capillary entrance low-temperature chamber which is able to adjust temperature continuously from approximately 1.5K to approximately 400K. SOLUTION: A capillary 13 which is put at a distance from the test chamber 15, thermally insulated from a refrigerant, and heated controllably is arranged in a low-temperature reservoir 12. This capillary 13 has featured impedance to a flow of fluid. The entrance of a 2nd low-temperature and high-impedance capillary 72 is also in the low-temperature reservoir 12 and connected between the low-temperature reservoir 12 and test chamber 15. A combination of two entrance tubes which have different impedance from a control system having feedback of pressure and temperature enables the device to operate continuously and stably at temperatures within its operation range or shift over a predetermined temperature range.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の分野】この発明は一般に温度調整に関し、特
に、低温(cryogenic )テストチャンバ内の温度を調整
して、テストチャンバの温度を動作範囲中で円滑に上げ
下げし、予め定められたいかなる温度をもその動作範囲
内で無限の期間にわたって安定して維持するための装置
および方法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to temperature regulation, and more particularly to regulating the temperature in a cryogenic test chamber to smoothly raise and lower the temperature of the test chamber throughout its operating range and to reduce any predetermined temperature. The invention also relates to an apparatus and a method for maintaining stable within its operating range for an infinite period of time.

【0002】[0002]

【先行技術の検討】種々の特性のためにさまざまなタイ
プの標本をテストする必要性がここ数年でかなり増して
いる。このようなテストを極低温で達成するために異な
った方法が編み出されてきた。低温テストチャンバ内の
温度調整は熱エネルギの供給と損失との間に高度なバラ
ンスを要求する。特定的な制御方式の効率の基準は、制
御が維持できる温度範囲の幅とこの範囲内の温度で達成
される持続期間および安定性とである。一般に、2つの
異なった制御モードの動作が、低温容器で用いられる液
体寒剤(冷却剤)媒体の標準沸点よりも上または下で正
確な温度調整を達成するために用いられなければならな
い。この温度は、頻繁に用いられる寒剤である液体ヘリ
ウム( 4He)では4.2Kである。しかしながら、標
準沸点の近傍での温度調整は、この温度領域で液体から
気体の遷移を経験する液体自体の熱特性(すなわち比
熱)における大幅な変化のために特に困難である。熱的
な不安定性を引き起こす温度変動は、低温液体の標準沸
点で温度を制御しようと試みる際、一般に、低温制御モ
ードと高温制御モードとの間を切換える際に遭遇する最
も一般的な問題である。
2. Discussion of the Prior Art The need to test various types of specimens for various properties has increased significantly in the last few years. Different methods have been devised to achieve such tests at cryogenic temperatures. Temperature regulation in low temperature test chambers requires a high balance between the supply and loss of thermal energy. Criteria for the efficiency of a particular control strategy are the width of the temperature range over which control can be maintained and the duration and stability achieved at temperatures within this range. In general, two different control modes of operation must be used to achieve accurate temperature regulation above or below the normal boiling point of the liquid cryogen medium used in the cryogen. This temperature is 4.2K in liquid helium (4 the He) is a cryogen frequently used. However, temperature regulation near the normal boiling point is particularly difficult due to the large changes in the thermal properties (ie, specific heat) of the liquid itself that undergoes a liquid to gas transition in this temperature range. Temperature fluctuations that cause thermal instability are the most common problems encountered when attempting to control the temperature at the normal boiling point of a cryogenic liquid, generally when switching between low and high temperature control modes. .

【0003】液体冷却剤の標準沸点より上に温度を調整
する際、所望の温度を効果的に維持し、制御するために
熱がテストチャンバに与えられる。リザーバを直接源と
して用い、テストチャンバをより高い温度で調整するこ
とがかなり不経済であるため、テストチャンバは通常よ
り低い温度で周囲から熱的に分離される。次に、僅かな
超過圧力の下で維持された低温容器の残りから結合チュ
ーブのような通路を介してテストチャンバへと液体寒剤
の小部分を引き入れることによって温度調整が達成され
る。テストチャンバと寒剤リザーバとの間の圧力差は、
結合チューブへ入り、温度制御のために必要とされるテ
ストチャンバを介する液体寒剤の唯一の注入機構を効果
的に与える。テストチャンバの内部に達する流体は次に
所望の温度に加熱され、蒸気がテストチャンバを介して
流れて均一な温度制御を与える。この制御方式は高温調
整では適切であるが、低温流体の標準沸点の近傍でのそ
の熱応答は、低温容器だけにおいて存在する超過圧力に
よって受動的に蒸発の流量を制御する困難さのためにや
や不十分である。
[0003] In adjusting the temperature above the normal boiling point of the liquid coolant, heat is provided to the test chamber to effectively maintain and control the desired temperature. Because using a reservoir as a direct source and conditioning the test chamber at a higher temperature is quite uneconomical, the test chamber is typically thermally isolated from the environment at a lower temperature. Temperature regulation is then achieved by drawing a small portion of the liquid cryogen from the remainder of the cryocontainer, maintained under slight overpressure, through a passage such as a coupling tube into the test chamber. The pressure difference between the test chamber and the cryogen reservoir is
Entering the coupling tube, effectively providing the only injection mechanism for liquid cryogen through the test chamber required for temperature control. The fluid reaching the interior of the test chamber is then heated to the desired temperature, and steam flows through the test chamber to provide uniform temperature control. Although this control scheme is appropriate for high temperature regulation, its thermal response near the normal boiling point of the cryogenic fluid is somewhat due to the difficulty of passively controlling the evaporation flow rate due to overpressure present only in the cryogenic vessel. Not enough.

【0004】液体冷却剤の標準沸点より下の温度が必要
とされる場合、テストチャンバから連続的に熱を引き出
す第2の範疇の方法が用いられる。これらの方法では、
テストチャンバの温度が液相の低温流体よりも上の蒸気
に真空を適用することによって低下され、それによって
その沸点温度を下げる。液体 4Heが低温媒体として用
いられる実際的な応用では、その周囲よりも低い温度に
達するテストチャンバが低温容器内の主浴から熱的に分
離される。これは低温容器内の液体ヘリウム浴の上方に
蒸気を単にポンピングすることが非常に不経済であるた
めである。なぜなら、液体の約40%が4.2Kから
1.5Kへとこの温度範囲にわたる比熱の大きな変化の
ために、これを冷却するために蒸発されなければならな
いためである。したがって、液体ヘリウムの大部分をそ
の標準沸点に残し、主浴からこれまでに引き入れられた
ヘリウムの僅か少量だけをテストチャンバへとポンピン
グすることによってより優れた効率が達成される。テス
トチャンバに蓄積された液体 4Heは次に、液体ヘリウ
ムが所望の制御温度で沸騰するように適切な圧力まで排
出される。しかしながら、ほとんどの実際的な応用で
は、液体の形態で寒剤を蓄積するために利用可能なテス
トチャンバの容積が限られているため(典型的に10〜
20立方センチメートル)、液体 4Heの標準沸点より
下の温度は限られた期間だけ、最低温度ではある場合4
0分から50分にかけてのみ調整され得る。テストチャ
ンバに集められた液体寒剤が沸騰して蒸発すると、制御
システムはより多くの液体寒剤をテストチャンバへと引
き入れるために充填プロセスを再開始しなければなら
ず、こうして効果的な温度制御を中断する。十分な液体
寒剤がテストチャンバ内に再収集された場合のみ、所望
の温度に再び達し、調整することができる。適切な不足
圧力(underpressure )を選択し、その圧力を維持する
ように、液体が沸騰するときにテストチャンバを排出さ
せ続けることによって、約1.5Kへの所望の温度低下
が達成できる。このような低温テスト装置の先行技術の
装置の一例は米国特許第4,848,093号に示され
る。
[0004] Temperatures below the standard boiling point of the liquid coolant are required
Continually draws heat from the test chamber
A second category of methods is used. With these methods,
Vapors where the temperature of the test chamber is above the liquid phase cryogen
Reduced by applying a vacuum to the
Lower its boiling point temperature. liquidFourHe is used as a low temperature medium
In practical applications, the temperature should be lower than its surroundings.
The test chamber reached is thermally separated from the main bath in the cryocontainer.
Separated. This is above the liquid helium bath in the cryocontainer
Simply pumping steam is very expensive
It is. Because about 40% of the liquid is from 4.2K
1.5K to a large change in specific heat over this temperature range
In order for this to cool, it must be evaporated
This is because Therefore, most of the liquid helium is
At the normal boiling point of the main bath
Pumping only a small amount of helium into the test chamber
Better efficiency is achieved by the use of a wire. Tess
Liquid accumulated in the chamber FourHe is next
To a suitable pressure so that the system boils at the desired control temperature.
Will be issued. However, in most practical applications
Is a test available for accumulating cryogen in liquid form
Limited chamber volume (typically 10-10
20 cubic centimeters), liquidFourFrom the standard boiling point of He
The lower temperature is only for a limited time, if the lowest temperature is 4
It can only be adjusted from 0 to 50 minutes. Test cha
When the liquid cryogen collected in the chamber boils and evaporates,
The system draws more liquid cryogen into the test chamber
The filling process must be restarted to take advantage
Thus, the effective temperature control is interrupted. Enough liquid
Only desired if cryogen is recollected in test chamber
The temperature can be reached again and adjusted. Proper shortage
Select pressure (underpressure) and maintain that pressure
Drain the test chamber when the liquid boils
Continue to let the desired temperature drop to about 1.5K
Can be achieved. The prior art of such low-temperature test equipment
An example of the device is shown in U.S. Pat. No. 4,848,093.
You.

【0005】この特許は、テストチャンバから間隔をあ
けられているがそれでもなお低温容器の低温流体内に配
置されている制御可能に加熱される毛管によって、低温
容器内のテストチャンバの温度を約1.5Kから約30
0Kの間の温度に調整するための装置を開示する。毛管
は低温容器からテストチャンバへの流体の流れを調整し
て、所望の温度がテストチャンバ内で達成されるように
する。高温モードの動作では、加熱された毛管は気体の
形態の低温流体を供給し、液相のいかなる流体もテスト
チャンバに入らないようにする。4.2K未満の低温モ
ードでは、テストチャンバが液体寒剤で満たされた後テ
ストチャンバへの非常に僅かな気体の流れが許される程
度に毛管が加熱される。
This patent reduces the temperature of the test chamber in the cryocontainer by about one unit by a controllable heated capillary spaced from the test chamber but still located in the cryogen in the cryocontainer. .5K to about 30
A device for adjusting the temperature to between 0K is disclosed. The capillary regulates the flow of fluid from the cryocontainer to the test chamber so that the desired temperature is achieved in the test chamber. In the high temperature mode of operation, the heated capillary supplies a cryogenic fluid in the form of a gas, preventing any fluid in the liquid phase from entering the test chamber. In the low temperature mode below 4.2K, the capillary is heated to an extent that allows very little gas flow to the test chamber after the test chamber is filled with liquid cryogen.

【0006】この先行技術の装置は図1でここに示さ
れ、ここで、温度調整装置は、液相の流体のリザーバ1
2を低温で含むように適合された低温容器11と、低温
容器内に配置された毛管13と、毛管加熱器手段14
と、低温容器内にあるが毛管から間隔をあけられたテス
トチャンバ15と、結合チューブ16と、毛管およびテ
ストチャンバの間の流体流れ経路を規定するコイル17
およびコイル21と、テストチャンバ加熱器22と、排
出手段38とを含み、排出手段38は、スループットが
可変の流れのバルブ、適切な圧力センサ、および読出装
置によって調整されるポンプを典型的に含み、テストチ
ャンバを部分的に排出させて低温容器から毛管、結合チ
ューブおよびコイルを介してテストチャンバへと流体を
引き入れる。適切なマイクロプロセッサ制御が加熱器お
よび真空ポンプの動作を温度示度に関連づけるために用
いられる。
[0006] This prior art device is shown here in FIG. 1, wherein the temperature regulating device comprises a reservoir 1 of liquid phase fluid.
Cryogenic vessel 11 adapted to contain cryogenic 2 at low temperature, a capillary 13 disposed in the cryogenic vessel, and a capillary heater means 14
A test chamber 15 within the cryocontainer but spaced from the capillary; a coupling tube 16; and a coil 17 defining a fluid flow path between the capillary and the test chamber.
And a coil 21, a test chamber heater 22, and a discharge means 38, which typically includes a variable flow through flow valve, a suitable pressure sensor, and a pump regulated by a readout device. The test chamber is partially evacuated to draw fluid from the cryocontainer into the test chamber via capillaries, coupling tubes and coils. Appropriate microprocessor controls are used to correlate heater and vacuum pump operation to temperature readings.

【0007】この先行技術の特許の装置はテストチャン
バの温度をそこにおける流体を所望の温度に維持するこ
とによって調整する。高温モードでは、毛管がそこに流
れるいかなる液体をも沸騰させるのに十分なように毛管
加熱器が毛管を温め、流体が毛管を介してテストチャン
バへと引き入れられるときに流体の相を液相から気相へ
と変化させる。テストチャンバ加熱器はテストチャンバ
内のいかなる気体をも所望の温度に温め、次に、気体が
上方に移動してテストチャンバに沿ってまたはその至る
ところに均一な温度制御を与える。
[0007] The device of this prior art patent regulates the temperature of the test chamber by maintaining the fluid therein at a desired temperature. In the high temperature mode, the capillary heater warms the capillary enough to bring any liquid flowing into it to the boil, causing the phase of the fluid to separate from the liquid phase as the fluid is drawn into the test chamber through the capillary. Change to gas phase. The test chamber heater warms any gas in the test chamber to the desired temperature, and then the gas moves upward to provide uniform temperature control along or throughout the test chamber.

【0008】中間温度モード(約4.2K)では、流体
は、毛管を介してテストチャンバへと引き入れられると
きに温度におけるいかなる正味の変化をも経験せずに液
相であり続ける。流体はしたがってテストチャンバ内の
低温に維持される。
In the intermediate temperature mode (about 4.2K), the fluid remains in the liquid phase without experiencing any net change in temperature as it is drawn into the test chamber via the capillary. The fluid is therefore maintained at a low temperature in the test chamber.

【0009】低温モードでは、毛管からテストチャンバ
へと引き入れられるときに、液体のリザーバがテストチ
ャンバ内で所望のレベルに蓄積されるまで流体は液相で
あり続ける。次に、毛管加熱器は気泡またはベーパロッ
クを効果的に生じるのに十分なように毛管を急速に温
め、それによって毛管を通る流体の流れを実質的に防
ぐ。そこで、排出手段がそこにおける液体の沸騰温度を
所望の温度に低下させるのに十分なようにテストチャン
バ内の圧力を下げ、液体が沸騰しているときに生じる気
体を排出し続け、それによって液体を4.2K未満の所
望の温度に維持する。
In the low temperature mode, as drawn from the capillary into the test chamber, the fluid remains in the liquid phase until a reservoir of liquid has accumulated at the desired level in the test chamber. The capillary heater then rapidly warms the capillary sufficient to effectively create bubbles or vapor locks, thereby substantially preventing fluid flow through the capillary. There, the evacuation means reduces the pressure in the test chamber enough to reduce the boiling temperature of the liquid therein to the desired temperature, and continues to exhaust the gas that forms when the liquid is boiling, thereby At a desired temperature of less than 4.2K.

【0010】テストチャンバの温度を室温(約300
K)から約1.5Kの低温にこの先行技術の装置で下げ
るために必要とされる時間は通常の状況では約30分で
あろう。この低い温度は次に約30分ないし約60分間
だけ維持でき、その後再充填および再循環が先行技術の
教示に従って必要である。
The temperature of the test chamber is set to room temperature (about 300
The time required to lower with this prior art device from K) to a low temperature of about 1.5K would be about 30 minutes under normal circumstances. This low temperature can then be maintained for only about 30 to about 60 minutes, after which recharging and recirculation is required according to the teachings of the prior art.

【0011】この装置は多くの目的のためにうまく働い
たが、長い期間、たとえば数時間または無期限に低温を
4.2K未満の制御されたレベルに維持することは可能
ではなかった。再循環が必要となる前にこのような先行
技術の装置によって与えられる30分ないし60分では
いくつかのテストが完了できない。もちろん、温度の安
定性を失うと標本そのものに悪影響を及ぼすことがあ
り、これは不正確なテストデータを生じる。
Although this device worked well for many purposes, it was not possible to maintain the low temperature at a controlled level of less than 4.2K for long periods of time, for example, hours or indefinitely. Some tests cannot be completed in the 30 to 60 minutes provided by such prior art devices before recirculation is required. Of course, loss of temperature stability can adversely affect the specimen itself, resulting in inaccurate test data.

【0012】クライオスタットの温度範囲を広げるため
に提案されてきた第1のステップは、適切な流れのイン
ピーダンスを有した熱的に分離された小さい毛管の入口
と低温容器内の機械バルブによって調整されるテストチ
ャンバリザーバへの第2の入口との組合せを、温度制御
されるテストチャンバの入口に設けることによってであ
る。このように、バルブが閉じているときに4.2K未
満のリザーバの連続的な充填をもたらすように小さい毛
管を用い、また、バルブが開いているときに急速な冷却
をもたらすように第2の入口を通る大きな流れを得るこ
とが可能である。残念ながら、信頼性のある低温バルブ
を作製する困難さがこのアプローチの商業的な実用性を
制限している。用いられている代替例は低温容器の外部
に機械バルブを遠隔的に配置することである。この構成
は機械バルブを介して低温容器の外部に再配置される入
口を必要とする。
The first step that has been proposed to extend the temperature range of the cryostat is regulated by a thermally isolated small capillary inlet with adequate flow impedance and a mechanical valve in the cryocontainer. By providing a combination with a second inlet to the test chamber reservoir at the inlet of the temperature controlled test chamber. Thus, a small capillary is used to provide continuous filling of the reservoir below 4.2K when the valve is closed, and a second capillary is used to provide rapid cooling when the valve is open. It is possible to obtain a large flow through the inlet. Unfortunately, the difficulty of making a reliable cryogenic valve limits the commercial viability of this approach. An alternative that has been used is to remotely place a mechanical valve outside the cryocontainer. This configuration requires an inlet that is repositioned outside the cryocontainer via a mechanical valve.

【0013】この装置は(液体 4Heが用いられるなら
ば)約1.5Kから約400Kの温度範囲を原則として
達成させるが、4.2Kの近傍での温度調整はやや不十
分である。この構成で利用される長い入口のために、温
度を維持しかつ調整するための長い待ち時間がもたらさ
れる。これは 4Heの沸点よりも上または下の温度での
深刻な問題をなさないかもしれないが、液体の特性の急
速な熱的変化が速い制御の温度モードを必要とする4.
2Kの近辺で著しい不安定性が生じる。
[0013] Although this device is to be achieved in principle the temperature range of about 400K to about 1.5K (if liquid 4 He is used), temperature control in the vicinity of 4.2K is somewhat unsatisfactory. The long inlet utilized in this configuration results in a long waiting time to maintain and regulate the temperature. This might not make serious problems at temperatures above or below the boiling point of 4 the He, requires temperatures mode rapid thermal change is rapid control of properties of the liquid 4.
Significant instability occurs around 2K.

【0014】低温かまたは約1.5Kから約400Kの
間の何らかのレベルで維持されなければならない温度で
標本のテストを行なうことに対する目的は多々あり、広
範囲にわたる。中には寿命のテストも含まれ得る。そこ
では何日または何週間もの期間にわたる観察が可能であ
るならば達成されるであろう。新しいまたは未知のテス
ト標本の磁気的または物理的特性を詳細に特徴づけるに
は、15Kから400Kの間かまたは温度範囲の含まれ
るサブセグメント内での温度移行(sweep )が必要とさ
れ得る。テスト標本材料の重要な固有の物理特性の兆候
が突然またはある温度で不連続的に起こり得るので、温
度は動作範囲にわたって変化するときに円滑に制御され
ることが重要である。加えて、装置によって達成される
最も低い温度であっても入念なテストは長い測定時間を
必要とし得る。この理由のため、温度が連続的である、
すなわちそれが無期限に維持され得ることが重要であ
る。どの既知の統合された先行技術の装置もこれらすべ
ての目的、すなわち、約1.5Kから約400Kの間を
前後に円滑に循環し、その範囲内でいかなる温度も選択
的かつ無期限に維持する能力を達成できない。
The purpose of testing specimens at low temperatures or at temperatures that must be maintained at some level between about 1.5K and about 400K is many and extensive. Some may include life testing. It would be achieved if observations could be made over a period of days or weeks. A detailed sweep of the magnetic or physical properties of a new or unknown test specimen may require a temperature sweep between 15K and 400K or within a subsegment that includes the temperature range. It is important that the temperature be controlled smoothly as it varies over the operating range, as signs of important intrinsic physical properties of the test specimen material can occur suddenly or discontinuously at some temperatures. In addition, careful testing, even at the lowest temperatures achieved by the device, may require long measurement times. For this reason, the temperature is continuous,
That is, it is important that it can be maintained indefinitely. Any known integrated prior art device smoothly circulates back and forth between all of these objectives, ie, between about 1.5K to about 400K, and selectively and indefinitely maintains any temperature within that range. Inability to achieve ability.

【0015】[0015]

【発明の概要】この発明の主な目的は、約1.5Kの最
低から約400Kの最高までテストチャンバ温度の円滑
かつ連続的な循環を可能にする低温テスト装置と、同じ
装置において、いかなる所望の高温または低温をもすば
やく達成し、このような温度を無限の期間にわたって安
定して維持する能力とを提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is a primary object of the present invention to provide a low temperature test apparatus that allows for smooth and continuous circulation of test chamber temperatures from a minimum of about 1.5K to a maximum of about 400K, and in the same apparatus, The ability to quickly achieve either high or low temperatures and to stably maintain such temperatures for an infinite period of time.

【0016】この装置は、低温流体(cryogenic fluid
)が分離されたテストチャンバへと流れ込む前にその
低温流体を予め調整する熱的に分離された可変温度イン
ピーダンス毛管を含む。第2の、より高いインピーダン
スの毛管は、低温( 4Heでは4.2K未満)での連続
的な動作に必要とされるようなテストチャンバ内の液相
の低温流体の主な源を与える。この発明の新規な組合せ
は、約1.5Kから約400Kの範囲にわたるテストチ
ャンバ内の温度を生じ、かつ連続的に維持し、1.5K
から400Kの全範囲にわたって円滑に循環する能力を
与える。
[0016] This device is a cryogenic fluid.
) Includes a thermally isolated variable temperature impedance capillary that preconditions the cryogenic fluid before flowing into the isolated test chamber. The second, more capillary high impedance, gives the major source of cryogenic fluid in the liquid phase in the test chamber, such as is required for continuous operation at low temperatures (less than 4 4.2K in the He). The novel combination of the present invention produces and continuously maintains a temperature in the test chamber ranging from about 1.5K to about 400K,
To the ability to circulate smoothly over the entire range of to 400K.

【0017】この発明の装置は上述された米国特許第
4,848,093号の低温テスト装置の基本的な構造
および動作を大きな相違点を加えて用いる。テストチャ
ンバへと通じるときに低温流体リザーバを通す他のチュ
ーブに供給を与える第1の温度制御される毛管に加え
て、第2の毛管が低温流体リザーバから保護フィルタだ
けを介してテストチャンバへと直接通じる。この第2の
毛管の実質的にすべての長さが低温容器内で低温流体か
ら熱的かつ物理的に分離される。第2の低温流体インプ
ットと適切な向上した制御とが1.5Kから400Kの
全範囲内でいかなる所望の温度もテストチャンバ内で達
成可能にし、無期限に維持可能にする。第2の低温流体
インプットまたはインピーダンスはそのインプット端部
を除き、低温容器内の低温流体浴とは別個に、かつそこ
から分離されて維持される。これは、第1の毛管のイン
ピーダンスよりもはるかに高い、低温流体の流れに対す
るインピーダンスを有する。低温容器からテストチャン
バへと供給を与える2つの流体流れ手段の相対的なイン
ピーダンスのため、この発明はそのテスト範囲内でいか
なる温度をも安定して維持することを可能にし、その範
囲の下端から上端へのテストチャンバ温度の円滑な循環
を容易にする。
The apparatus of the present invention utilizes the basic structure and operation of the aforementioned low temperature test apparatus of US Pat. No. 4,848,093, with significant differences. In addition to the first temperature-controlled capillary, which feeds the other tubing through the cryogen reservoir as it enters the test chamber, a second capillary is connected from the cryogen reservoir to the test chamber via the protective filter only. Connect directly. Substantially all of the length of this second capillary is thermally and physically separated from the cryogen in the cryogen vessel. A second cryogenic fluid input and appropriate enhanced control allow any desired temperature within the full range of 1.5K to 400K to be achieved in the test chamber and maintained indefinitely. The second cryogenic fluid input or impedance is maintained separately from and separate from the cryogenic fluid bath in the cryogen vessel except for its input end. It has an impedance to the flow of cryogenic fluid that is much higher than the impedance of the first capillary. Due to the relative impedance of the two fluid flow means providing the supply from the cryocontainer to the test chamber, the present invention allows any temperature to be stably maintained within its test range, from the lower end of the range. Facilitates smooth circulation of test chamber temperature to the top.

【0018】適切なマイクロプロセッサ制御装置によっ
て制御されると、2つの流体流れインピーダンス手段の
動作の組合わさった方法はテスト温度の全範囲の実現を
可能にする。約4.2Kより上の温度では、テストチャ
ンバは比較的小さい不足圧力を受け、第1の毛管は、毛
管を介しテストチャンバへと流れる低温流体のすべてが
気体の形態であるように十分に加熱される。そこで、テ
ストチャンバ加熱器はテストチャンバ内の気体の温度を
所望のレベルまで上げ、その温度を維持することができ
る。第1の毛管のインピーダンスに対する第2の毛管の
比較的高いインピーダンスのために、高温モードでは第
2の毛管を介してテストチャンバへと引き入れられる、
液体の形態の低温流体は非常に僅かである。低い温度の
動作(1.5Kから4.2Kの間)が所望される場合、
かなり高いレベルの不足圧力がテストチャンバ内で維持
され、一方、第1の毛管はさらに高いレベルまで加熱さ
れ、そこにおいて気泡を生じ、非常に少量の気体以外が
第1の毛管からテストチャンバへと流れ込むことを防
ぐ。液体の形態の低温流体は第2の毛管を介してテスト
チャンバへと直接的に連続して引き入れられ、真空のレ
ベルを調節することによって、4.2Kよりも低い温度
でテストチャンバに達する。この理由のため、約1.5
Kから約4.2Kの間のレベルで高温から冷却する際に
所望の温度が比較的短期間で達成でき、したがってその
温度が無期限に維持できる。
Controlled by a suitable microprocessor controller, the combined method of operation of the two fluid flow impedance means allows for the full range of test temperatures to be achieved. At temperatures above about 4.2K, the test chamber experiences a relatively small underpressure and the first capillary is heated sufficiently that all of the cryogen flowing through the capillary to the test chamber is in gaseous form. Is done. Thus, the test chamber heater can raise the temperature of the gas in the test chamber to a desired level and maintain that temperature. Due to the relatively high impedance of the second capillary relative to the impedance of the first capillary, it is drawn into the test chamber via the second capillary in the high temperature mode;
The cryogenic fluid in liquid form is very low. If low temperature operation (between 1.5K and 4.2K) is desired,
A fairly high level of underpressure is maintained in the test chamber, while the first capillary is heated to an even higher level, creating bubbles therein, except for a very small amount of gas from the first capillary to the test chamber. Prevent inflow. The cryogenic fluid in liquid form is continuously and directly drawn into the test chamber via the second capillary and reaches the test chamber at a temperature lower than 4.2K by adjusting the level of vacuum. For this reason, about 1.5
The desired temperature can be achieved in a relatively short time upon cooling from a high temperature at a level between K and about 4.2K, so that the temperature can be maintained indefinitely.

【0019】装置の動作範囲内の2つの温度点の間の循
環では、その範囲は約1.5Kから約400Kであり、
マイクロプロセッサの制御装置は温度センサ、加熱器エ
レメントおよび真空ポンプとともに急速なフィードバッ
クの態様で動作し、テストチャンバ内の所望の温度範囲
にかけて円滑に遷移する。
For a cycle between two temperature points within the operating range of the device, the range is from about 1.5K to about 400K,
The microprocessor controller operates in rapid feedback fashion with the temperature sensor, heater element and vacuum pump to provide a smooth transition over the desired temperature range within the test chamber.

【0020】[0020]

【好ましい実施例の詳細な説明】この発明の目的、利点
および特徴は添付の図面と関連して読まれると以下の詳
細な説明からより容易に理解されるであろう。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The objects, advantages and features of the present invention will be more readily understood from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings.

【0021】この発明は、二重毛管入口構成によって約
1.5Kから約400Kの間のレベルで低温容器内のテ
ストチャンバの温度を連続して調整するための装置およ
び方法を与える。これは、気相または液相でのテストチ
ャンバへの冷却剤媒体の一定した流れの供給を用い、そ
こにおける媒体を所望の温度に維持することによって達
成される。この発明に従ったテストチャンバにおける温
度調整のための方法は、テストチャンバの内部を部分的
に排出させることによって液体冷却剤の供給を能動的に
制御して、気圧よりもほぼ1psi上、または絶対目盛
の16psiで低温容器の残りからの通常の定常状態の
圧力差を生じる。新規な統合された二重入口装置と結合
されると、この技術はシステムのすばやい熱応答を生
じ、液体冷却剤の標準沸点の近傍で温度制御および安定
性を容易にし、高温制御モードと低温制御モードとの間
を切換える際に通常遭遇される変動および温度ヒステリ
シスをなくす。
The present invention provides an apparatus and method for continuously adjusting the temperature of a test chamber in a cryocontainer at a level between about 1.5K and about 400K with a dual capillary inlet configuration. This is achieved by using a constant flow of coolant medium to the test chamber in the gas or liquid phase and maintaining the medium at the desired temperature. A method for temperature regulation in a test chamber according to the present invention actively controls the supply of liquid coolant by partially evacuating the interior of the test chamber to approximately 1 psi above atmospheric pressure, or absolutely. At 16 psi on the scale, a normal steady state pressure difference from the rest of the cryocontainer is created. When combined with a new integrated dual inlet device, this technology results in a rapid thermal response of the system, facilitating temperature control and stability near the normal boiling point of the liquid coolant, high temperature control mode and low temperature control Eliminates fluctuations and temperature hysteresis normally encountered when switching between modes.

【0022】この発明の装置は特許第4,848,09
3号の基本的なシステムおよび教示を用いて動作する
が、低温動作を実質的に無期限に維持し、その動作温度
能力内でのいかなる温度範囲にわたっても円滑かつ連続
的に移行し、低温流体の標準沸点において、またはその
上または下で安定した態様で他の温度を維持することを
可能にする著しい改良および変更を有する。この発明の
ある重要な利点は、再充填または再循環を恐らくは必要
とするバッチごとに動作しないことである。いくつかの
先行技術の装置のバッチに基づく動作は標本の内部温度
を再循環プロセス中においてテストチャンバ内で不規則
に変化させる。この発明は再循環の中断がないためによ
り効率的な動作を可能にするだけではなく、テストされ
る標本がテスト中テスト温度にとどまるために測定値お
よび示度がはるかに正確である。したがって、テスト手
順は先行の既知の低温テスト装置ほど標本に影響を及ぼ
さず、偽のテストデータを避け、一方、約1.5Kの低
温から約400Kの高温にわたる幅広い動作モードを可
能にし、その動作範囲のどの部分にわたっても円滑な循
環を可能にする。
The apparatus of the present invention is disclosed in Japanese Patent No. 4,848,09.
No. 3 operates using the basic system and teachings, but maintains low temperature operation indefinitely, transitions smoothly and continuously over any temperature range within its operating temperature capability, Have significant improvements and modifications that allow other temperatures to be maintained in a stable manner at or above the normal boiling point of. One important advantage of the present invention is that it does not operate on a batch-by-batch basis, possibly requiring refilling or recirculation. Batch-based operation of some prior art devices causes the internal temperature of the specimen to change randomly within the test chamber during the recirculation process. The present invention not only allows more efficient operation because there is no interruption in recirculation, but also makes the measurements and readings much more accurate because the specimen being tested remains at the test temperature during the test. Thus, the test procedure does not affect the specimen as much as the previous known low-temperature test equipment and avoids spurious test data, while allowing a wide range of operating modes from a low temperature of about 1.5K to a high temperature of about 400K and its operation Allows smooth circulation over any part of the range.

【0023】図4−6の温度対時間のプロットは先行技
術の制限とこの発明がそれに対していかに優れているか
を示す。図4は、典型的な先行技術の装置で10Kから
約3Kへと低下するときにテストチャンバの温度がいか
に非線形的であるかを示す。定常状態の10Kから、約
4.2Kへの比較的急速な降下があり、温度が4.2K
を通過するときに回復またはバウンス86が起こる。次
に、液体寒剤がテストチャンバに満たされる長い中間状
態85があり、次に温度は4.2K未満に低下し得る。
可変のインピーダンスを介する寒剤の流れが中断される
ときに僅かな上昇87が起こり、次にここに示されるよ
うに3Kへの安定した低下が生じる。もちろん、準沸点
温度(sub-boiling point )が維持できる時間の長さは
限られている。
The temperature versus time plots of FIGS. 4-6 illustrate the limitations of the prior art and how the present invention is superior. FIG. 4 shows how the temperature of the test chamber is non-linear as it drops from 10K to about 3K in a typical prior art device. There is a relatively rapid drop from steady state 10K to about 4.2K and the temperature is 4.2K.
Recovery or bounce 86 occurs when passing through. Next, there is a long intermediate state 85 in which the liquid cryogen fills the test chamber, and then the temperature may drop below 4.2K.
A slight rise 87 occurs when the flow of the cryogen through the variable impedance is interrupted, followed by a steady drop to 3K as shown here. Of course, the length of time that the sub-boiling point can be maintained is limited.

【0024】図5は4.2K未満から4.2Kよりも高
い温度へのテストチャンバの回復を示す。温度が4.2
Kを通ってより高い値へと円滑に移動できないときの非
線形性および多重バウンス91に注目されたい。約10
Kの温度が92で示され、これは93で示される、4.
2Kよりも高い温度に非線形的に低下される。
FIG. 5 shows the recovery of the test chamber from a temperature below 4.2K to a temperature above 4.2K. 4.2 temperature
Note the non-linearity and multiple bounces 91 when it is not possible to move smoothly through K to higher values. About 10
3. The temperature of K is shown at 92, which is shown at 93.
Non-linearly reduced to temperatures above 2K.

【0025】この発明で可能であるような、10Kから
約2Kへの温度低下とその逆とのプロットが図6に示さ
れる。温度がいずれかの方向から4.2Kを通るときで
あっても全遷移において線形性があることに注目された
い。2Kまたは4.2K未満の他のレベルでの休止時間
95は無期限に長くなり得る。例示の目的のためにのみ
約2分の長さがここで示される。図6の目的はそれよ
り、この発明の線形的な温度遷移能力を示すことであ
る。示される温度セグメントにわたる移行の割合は約1
K/minである。
A plot of the temperature drop from 10K to about 2K, and vice versa, as is possible with the present invention, is shown in FIG. Note that there is linearity in all transitions, even when the temperature passes 4.2K from either direction. Downtime 95 at 2K or other levels below 4.2K can be indefinitely long. A length of about two minutes is shown here for illustrative purposes only. The purpose of FIG. 6 is therefore to show the linear temperature transition capability of the present invention. The rate of transition over the indicated temperature segment is approximately 1
K / min.

【0026】(特許第4,848,093号からの)図
1の先行技術がここでより詳細に説明される。低温容器
11は上部表面23を有した低温流体12をその内部に
含む。容器11はクライオスタット25がそこを介して
延びる開口部を有した気密カバー24を含む。制御可能
に加熱される(可変のインピーダンスの)毛管13とそ
の加熱エレメント14とは分離インピーダンスカプセル
26内に含まれる。全体のカプセルと毛管13から突出
する流体流れ手段16、17および21とは容器11の
内部で低温流体12の表面23の下に維持される。毛管
13を介する結合チューブ16への入口が低温流体から
分離されている理由は、毛管が動作の目的のために加熱
される際に流体浴の不要な加熱を防ぐためである。
The prior art of FIG. 1 (from US Pat. No. 4,848,093) will now be described in more detail. The cryogenic vessel 11 contains a cryogenic fluid 12 having an upper surface 23 therein. The container 11 includes an airtight cover 24 having an opening through which the cryostat 25 extends. The controllably heated (variable impedance) capillary 13 and its heating element 14 are contained within a separate impedance capsule 26. The entire capsule and the fluid flow means 16, 17 and 21 projecting from the capillary 13 are maintained inside the vessel 11 below the surface 23 of the cryogenic fluid 12. The reason that the inlet to the coupling tube 16 via the capillary 13 is separated from the cryogenic fluid is to prevent unnecessary heating of the fluid bath as the capillary is heated for operational purposes.

【0027】カプセル26は好ましくは、上部端をキャ
ップ31によって閉じられ、かつ底部端を環状キャップ
32によって閉じられた管状本体27から形成される。
内部チューブ33はキャップ32を介して延び、チュー
ブ27のキャップ31に隣接し、かつそこから間隔をあ
けられた端部34で閉じられる。内部チューブ33はそ
こを介して結合チューブ16が延びる底部開口部35を
有する。分離するために、チューブ27の環状部分は排
出チューブ36によって排出させられ、その端部は製造
プロセスの間閉じられる。加熱器14は典型的に毛管1
3の周囲に巻かれた抵抗ワイヤを含み、電流がワイヤ3
7によって適用されると非常に小さい毛管を急速に加熱
する。毛管に接続されたワイヤ41は、以下に説明され
るように制御手段に接続された温度センサを表わす。
The capsule 26 is preferably formed from a tubular body 27 closed at the top end by a cap 31 and at the bottom end by an annular cap 32.
Inner tube 33 extends through cap 32 and is closed at end 34 adjacent and spaced from cap 31 of tube 27. The inner tube 33 has a bottom opening 35 through which the coupling tube 16 extends. To separate, the annular portion of tube 27 is evacuated by evacuation tube 36, the end of which is closed during the manufacturing process. The heater 14 is typically a capillary 1
3 including a resistive wire wound around
Rapidly heats very small capillaries when applied by 7. Wire 41 connected to the capillary represents a temperature sensor connected to the control means as described below.

【0028】クライオスタット25は、底部をカバープ
レート43によって閉じられ、上部に環状封止44を有
した外部コンテナまたはシェル42を含み、環状封止4
4はクライオスタットをカバー24にしっかり締め、そ
こにクライオスタットの他のエレメントが封止の態様で
通過する。流体コンジット16,17は底部カバー43
内の適切に封止された開口部を介して延びる。シェル4
2内にはテストチャンバ45があり、これは、テストチ
ャンバ45のカバー47における開口部を介して延びる
コイル21の端部46によって毛管13からの流体コン
ジット手段に接続される。テストチャンバ45内には、
底部をプラグ52によって封止されたサンプルチューブ
51がある。テストチャンバ15内のプラグ52の下に
延びるのは、電力がワイヤ53を介して与えられる加熱
エレメント22である。プラグ52には、ワイヤ55を
介して制御手段に接続された温度センサ54が装着され
る。参照番号56はこの発明の装置によってテストされ
るべきサンプルを指し、サンプルは典型的にはケーブル
62によって上部61から吊るされる。
The cryostat 25 includes an outer container or shell 42 closed at the bottom by a cover plate 43 and having an annular seal 44 at the top.
4 fastens the cryostat to the cover 24, through which other elements of the cryostat pass in a sealed manner. Fluid conduits 16 and 17 have bottom cover 43
Extending through a suitably sealed opening therein. Shell 4
Within the 2 is a test chamber 45, which is connected to the fluid conduit means from the capillary 13 by the end 46 of the coil 21 extending through an opening in the cover 47 of the test chamber 45. In the test chamber 45,
There is a sample tube 51 whose bottom is sealed by a plug 52. Extending below the plug 52 in the test chamber 15 is a heating element 22 to which power is applied via a wire 53. A temperature sensor 54 connected to control means via a wire 55 is attached to the plug 52. Reference numeral 56 designates a sample to be tested by the apparatus of the present invention, the sample typically being suspended from the top 61 by a cable 62.

【0029】サンプルチューブまたはテスト容器51は
適切な真空ポンプ(図示せず)によって出口63を介し
て排出させられる。熱伝導性の不活性ガスが次にサンプ
ルチューブ51へと入れられて、標本56と、テストチ
ャンバ15内の低温流体に接触するサンプルチューブ5
1の壁との間に熱的な接触を与える。熱伝導性である、
低温で気相を維持する典型的に用いられる物質はヘリウ
ムである。ここで、典型的に用いられる低温流体はヘリ
ウム( 4He)である。ここで検討される温度は低温流
体としてのヘリウムに関した。しかしながら、他の低温
流体が用いられてもよく、その特徴的な温度、具体的に
はその沸騰温度が適宜調節されるであろう。1ミリトル
未満のバックグラウンド圧力に排出されるシェル42に
よって低温流体リザーバから分離されたクライオスタッ
トのテストチャンバは好ましくは、何らかの適切な分離
材料、たとえばアルミニウム処理されたマイラー等で満
たされる。
The sample tube or test vessel 51 is evacuated via an outlet 63 by a suitable vacuum pump (not shown). A thermally conductive inert gas is then introduced into the sample tube 51 and the sample tube 5 is contacted with the specimen 56 and the cryogenic fluid in the test chamber 15.
1 to provide thermal contact with the wall. Is thermally conductive,
A typically used substance that maintains the gas phase at low temperatures is helium. Here, typically cold fluid used is helium (4 He). The temperatures discussed here relate to helium as a cryogenic fluid. However, other cryogenic fluids may be used and their characteristic temperature, specifically their boiling temperature, will be adjusted accordingly. The cryostat test chamber, separated from the cryogenic fluid reservoir by a shell 42 vented to a background pressure of less than 1 millitorr, is preferably filled with any suitable separation material, such as aluminized mylar.

【0030】インピーダンスチャンバ26内の毛管13
は事実上、リザーバ12からテストチャンバ15への低
温流体の流れのインピーダンス局面を含む。毛管13の
内径は約0.1mmであり、約10mm以下の長さを有
する。毛管13から延びる結合チューブ16は約0.6
mmの内径を有する。内部チューブ35の直径は典型的
には約1.4mmであり、約100mmの長さを有す
る。これらの寸法は満足な結果を与えるとわかっている
が、他の寸法が用いられてもよく、これらは例示のため
のみのものであることは明白である。もちろん、毛管1
3は、この発明の装置の特定的な目的のために冷却力を
与えるためには、テストチャンバへの流体の質量流量の
意図される割合に適合するように寸法が合わされなけれ
ばならない。与えられる特定的な寸法では、(約1mm
Hg以上で)激しくポンピングし、かつ毛管加熱器14
または加熱器エレメント22によっては熱が与えられな
いときに、1分当たり約1立方センチメートルの液体ヘ
リウムという流体質量流量が達成できる。
The capillary 13 in the impedance chamber 26
Effectively includes the impedance aspect of the flow of the cryogenic fluid from the reservoir 12 to the test chamber 15. The inner diameter of the capillary 13 is about 0.1 mm and has a length of about 10 mm or less. The coupling tube 16 extending from the capillary 13 is about 0.6
mm inside diameter. The diameter of the inner tube 35 is typically about 1.4 mm and has a length of about 100 mm. While these dimensions have been found to give satisfactory results, it is clear that other dimensions may be used and that these are for illustration only. Of course, capillary 1
3 must be dimensioned to match the intended proportion of the mass flow of fluid into the test chamber in order to provide cooling for the specific purpose of the device of the invention. For the specific dimensions given, (about 1 mm
Pump vigorously (above Hg) and capillary heater 14
Alternatively, when no heat is provided by the heater element 22, a fluid mass flow of about 1 cubic centimeter per minute of liquid helium can be achieved.

【0031】毛管加熱器エレメント14は好ましくは、
約0.08mmの直径を有する燐青銅の抵抗ワイヤのよ
うな材料から作製される。温度センサ41は(以下によ
り詳細に説明されるように)超電導ニオブ−チタン合金
等から作られ得る。インピーダンスチャンバの外部チュ
ーブ27は真鍮、ステンレス鋼などのようないかなる適
切な材料から形成されてもよい。内部チューブ33およ
び結合チューブ16は好ましくは、ステンレス鋼または
キュプロニッケル(CuNi)のような熱伝導性の低い
材料から作製される。結合チューブ16は、インピーダ
ンスチャンバ26から離れているがなお低温流体リザー
バ12内にある第1のコイル17の中へと形成されても
よい。これは、低温流体との熱的接触によって毛管から
テストチャンバへとそれを介して流れる流体の冷却を与
える。結合チューブはまた分離されたコンテナ42内に
第2のコイル21を任意に含む。これはテストチャンバ
15と低温流体12との間に熱分離を達成するのに役立
つ。
The capillary heater element 14 is preferably
It is made from a material such as phosphor bronze resistance wire having a diameter of about 0.08 mm. Temperature sensor 41 may be made of a superconducting niobium-titanium alloy or the like (as described in more detail below). The outer tube 27 of the impedance chamber may be formed from any suitable material, such as brass, stainless steel, and the like. Inner tube 33 and coupling tube 16 are preferably made of a material with low thermal conductivity, such as stainless steel or cupronickel (CuNi). The coupling tube 16 may be formed into a first coil 17 remote from the impedance chamber 26 but still within the cryogen reservoir 12. This provides cooling of the fluid flowing therethrough from the capillary to the test chamber by thermal contact with the cryogenic fluid. The coupling tube also optionally includes a second coil 21 in a separate container 42. This helps to achieve thermal separation between the test chamber 15 and the cryogenic fluid 12.

【0032】毛管加熱器14の有効さについての一例と
して、加熱器コイルへの約0.1ワットの電力の適用が
毛管13の温度をおよそ数秒間で約300Kへと上昇さ
せる。以下により詳細に説明されるような装置の動作に
必要なように、より低いレベルの熱を達成するためによ
り少ない量の電力が適用されてもよい。
As an example of the effectiveness of the capillary heater 14, the application of about 0.1 watts of power to the heater coil raises the temperature of the capillary 13 to about 300K in a matter of seconds. Lesser amounts of power may be applied to achieve lower levels of heat as required for operation of the device as described in more detail below.

【0033】動作において、説明の目的のために4.2
Kである、低温流体の沸点よりも高いテストチャンバ温
度では、十分な熱は毛管13に適用されてそこに流れる
液体を沸騰させる。リザーバ12からテストチャンバ1
5への流体の流れは真空ポンプ38によって達成される
真空または不足圧力のレベルに依存することに注目され
たい。また、このタイプの装置では典型的に、低温流体
のレベル23上に標準気圧よりも約1psi高い超過圧
力が維持されることに注目されたい。これは、ポンプ3
8によって与えられる真空の非常に僅かな量が、低温流
体12よりも上の超過圧力と組合わされて、リザーバか
ら毛管およびコンジット16を介してテストチューブ1
5へと至る流体の流れを引き起こすことを意味する。ポ
ンプ38によって与えられる真空のレベルは、ここに明
らかになるようにこの発明の重大な局面である。比較的
少量の熱が毛管13に適用される場合、低温流体はその
チューブを介し、結合チューブ16およびコイル17お
よび21を介してテストチャンバ15へと気相において
のみ流れ込む。加熱された毛管では温度が4.2K以上
であるが、気体がチューブ16と流体リザーバ12内の
コイル17とを通過するとき、これはテストチャンバ1
5に入る気体がほぼ4.2Kであるように冷却される。
この点で、加熱エレメント22はテストチャンバ内の気
体の温度をいかなる所望のレベル、室温よりも上である
400Kにも上げることができる。
In operation, for explanation purposes 4.2.
At a test chamber temperature above K, the boiling point of the cryogenic fluid, sufficient heat is applied to the capillary 13 to boil the liquid flowing therethrough. Test chamber 1 from reservoir 12
Note that the fluid flow to 5 depends on the level of vacuum or underpressure achieved by vacuum pump 38. Also note that this type of device typically maintains an overpressure on the cryogen level 23 of about 1 psi above normal pressure. This is pump 3
A very small amount of vacuum provided by 8 is combined with an overpressure above the cryogenic fluid 12 to allow the test tube 1 to flow from the reservoir via the capillary and conduit 16.
5 means to cause a fluid flow. The level of vacuum provided by pump 38 is a critical aspect of the present invention, as will become apparent. If a relatively small amount of heat is applied to the capillary 13, the cryogen flows through the tube only via the coupling tube 16 and the coils 17 and 21 into the test chamber 15 in gas phase. Although the temperature in the heated capillary is above 4.2K, when gas passes through the tube 16 and the coil 17 in the fluid reservoir 12,
5 is cooled so that the gas entering it is approximately 4.2K.
At this point, the heating element 22 can raise the temperature of the gas in the test chamber to any desired level, 400K, which is above room temperature.

【0034】特許第4,848,093号で説明される
ように、テストを約4.2Kで行なうことが望まれる場
合、液体の形態の低温流体が毛管13および結合チュー
ブ16を介してテストチャンバ15へとすべてほぼ4.
2Kでわたるように、加熱エレメント14または22の
いずれも作動されず、真空の非常に低いレベルがポンプ
38に与えられる。理論上、これは所望される限り4.
2Kで連続的なテスト温度を与え得る。実際には、液体
状態と気体状態との間の遷移から生じる温度の著しい不
連続性なしでは低温流体を沸点に維持することは非常に
困難である。この発明は、テストチャンバ温度を不連続
性なしで所望のレベルに制御するための手段を与える。
As described in US Pat. No. 4,848,093, if it is desired to perform the test at about 4.2K, a cryogenic fluid in liquid form is passed through the capillary 13 and coupling tube 16 to the test chamber. Almost 4 to 15
As at 2K, neither heating element 14 or 22 is activated, and a very low level of vacuum is provided to pump 38. In theory, this is as long as desired.
2K can provide a continuous test temperature. In practice, it is very difficult to maintain a cryogenic fluid at the boiling point without significant temperature discontinuities arising from the transition between the liquid and gaseous states. The present invention provides a means for controlling the test chamber temperature to a desired level without discontinuities.

【0035】最後に、テストチャンバ内の温度を4.2
K未満で達成することが望ましい場合、液体の形態の低
温流体が毛管13および結合チューブ16を介してテス
トチャンバ15へとわたり、その液体の量がテストチャ
ンバ内で増える。低温液体の量が所望の量でこのテスト
チャンバ内に蓄積されていると、比較的高い熱が加熱エ
レメント14を介して適用され、したがって、制限的な
気泡効果またはベーパロックが生じ、かつ液体の流れが
テストチャンバから完全に遮断されるような態様で、毛
管13内の液体が直ちに沸騰する。毛管を介する気体の
低温流体の残りの流れが僅かあるが、これは液体の形態
で通過した流体の量と比較するとごく僅かであり、10
0倍もの減少である。テストチャンバ15内の圧力は必
要なだけ低下されて、その中の液体の沸点を所望の温
度、1.5Kもの低い温度に低下させる。機械ポンプ3
8の代わりの(拡散ポンプのような)比較的大きなポン
プでは、沸点が1.3Kもの低い値に低減できるが、こ
れはほとんどの目的では非実用的である。低温動作で
は、テストチャンバ内に液体の形状の低温流体がある限
り、テストは低温流体の大気沸点(4.2K)未満の温
度で続行できる。液体の低温流体がテストチャンバ15
内で排出されると、テストは中断されなければならず、
説明されたテスト手順が再循環される。
Finally, the temperature in the test chamber is set to 4.2
If it is desired to achieve below K, cryogenic fluid in the form of a liquid will pass through the capillary 13 and the coupling tube 16 to the test chamber 15 where the amount of the liquid will increase in the test chamber. If the amount of cryogenic liquid is stored in this test chamber in the desired amount, relatively high heat will be applied through the heating element 14, thus creating a restrictive bubble effect or vapor lock and the flow of liquid The liquid in the capillary 13 immediately boils in such a way that is completely isolated from the test chamber. There is a small residual flow of gaseous cryogen through the capillary, which is negligible compared to the amount of fluid passed in liquid form,
That is a reduction of 0 times. The pressure in test chamber 15 is reduced as needed to reduce the boiling point of the liquid therein to the desired temperature, as low as 1.5K. Mechanical pump 3
With a relatively large pump (such as a diffusion pump) instead of 8, the boiling point can be reduced to values as low as 1.3 K, but this is impractical for most purposes. In low temperature operation, testing can continue at a temperature below the atmospheric boiling point of the cryogen (4.2 K), as long as the cryogen in liquid form is in the test chamber. Liquid cryogenic fluid is applied to the test chamber 15
If discharged within, the test must be interrupted,
The described test procedure is recirculated.

【0036】ここで図2を参照すると、この発明の二重
毛管入口構成が詳細に説明される。図3に関して説明さ
れる適切な付加的制御機能に加えて、構造上の相違点は
図2の下部の右側部分に示される第2の毛管入口に関す
る。図1に関してこれまでに説明された構造は図2の装
置にすべて組み入れられ、したがって、この発明の改良
された構造および動作に関するその機能局面を除きこの
構造はさらには説明されない。
Referring now to FIG. 2, the double capillary inlet configuration of the present invention will be described in detail. In addition to the appropriate additional control functions described with respect to FIG. 3, the structural differences relate to the second capillary inlet shown in the lower right part of FIG. The structure previously described with respect to FIG. 1 is all incorporated into the device of FIG. 2, and thus this structure is not further described except for its improved structure and its functional aspects relating to operation.

【0037】図2の二重毛管構成によって、低温流体の
一定した供給が特定の温度の動作に対して適切であるよ
うに気相または液相でテストチャンバに入ることがで
き、テストチャンバ内の所望の温度が急速かつ正確に達
成でき、正確に維持できる。定常状態の状況はリザーバ
表面23の上方の約1psiの超過圧力が通常の条件と
して存在することである。テストチャンバ15内のこの
より低いレベルの不足圧力は低温流体の標準沸点に実質
的には影響を及ぼさない。ポンプ38および加熱エレメ
ント14および22によって与えられる真空のレベルに
適切な調節がなされて、これまでに述べられたように図
2のこの発明の装置の全範囲にわたる機能的動作を与え
る。ポンプ38は、ポンプ自体の速度または他の動作特
性を変えるのではなく真空の適用されるレベルを変える
ように調節されたバルブを含む。ポンプ38は統合した
バルブアレンジメントを含む。
The dual capillary configuration of FIG. 2 allows a constant supply of cryogenic fluid to enter the test chamber in a gas or liquid phase such that it is appropriate for operation at a particular temperature. The desired temperature can be achieved quickly and accurately and maintained accurately. The steady state situation is that an overpressure of about 1 psi above reservoir surface 23 is a normal condition. This lower level of underpressure in test chamber 15 does not substantially affect the normal boiling point of the cryogenic fluid. Appropriate adjustments are made to the level of vacuum provided by pump 38 and heating elements 14 and 22 to provide the full range of functional operation of the apparatus of the present invention of FIG. 2 as previously described. Pump 38 includes a valve that is adjusted to change the applied level of vacuum rather than changing the speed or other operating characteristics of the pump itself. Pump 38 includes an integrated valve arrangement.

【0038】第2の熱的に分離された毛管の流れインピ
ーダンスチューブ72の上部または入口端部71はテス
トチャンバ15の中へと接続する。インピーダンスチュ
ーブ72の下端部の重要ではない部分と入口フィルタ7
3だけが低温リザーバ12内に浸される。フィルタは好
ましくは焼結された銅フェルトからなり、たとえば5μ
の粒子捕集サイズを有する。このフィルタは、チューブ
72が流体リザーバ12へと直接開かれているならばチ
ューブ72内の流体の流れを妨げ得る凍った空気または
水素または他の粒子体によるインピーダンス入口、すな
わち毛管72に起こり得る詰まりを防ぐのに機械的な機
能を有するのみである。チューブ72はフィルタ73か
らテストチャンバ15の入口までで101mm以上の長
さであり得る。この第2のインピーダンス毛管コンジッ
トの直径は毛管13のそれと同じ、すなわち約0.1m
mである。しかしながら、これは、チューブ72の18
mm以上の部分の内部に0.075mmの外径を有した
ワイヤ74を挿入することによってかなり高い流れのイ
ンピーダンスとして形成される。これは、毛管13の
0.1mmよりもはるかに小さい、断面が僅か約0.0
25mmの通路を残す。低温毛管入口72の大きさは、
4.2K未満のテスト温度に対して高温で加熱され、か
つ本質的に塞がれる場合であっても毛管13によって与
えられる、テストチャンバに入ってくる熱負荷を釣り合
わせるのに十分な冷却をもたらすように選択されなけれ
ばならない。インピーダンスが大きすぎるならば、冷却
は不十分であり、テストチャンバのリザーバ内には液体
が蓄積しない。インピーダンスが小さ過ぎるならば、必
要以上の液体がテストチャンバへと流れ込み、それによ
って所望の低温に達するのを妨げる。
The upper or inlet end 71 of the second thermally isolated capillary flow impedance tube 72 connects into the test chamber 15. Insignificant portion of lower end of impedance tube 72 and inlet filter 7
Only three are immersed in the cold reservoir 12. The filter is preferably made of sintered copper felt, e.g.
Particle collection size. This filter provides impedance inlets due to frozen air or hydrogen or other particulate matter that can impede fluid flow within tube 72 if tube 72 is opened directly to fluid reservoir 12, ie, possible clogging of capillary 72. It only has a mechanical function to prevent Tube 72 may be 101 mm or more in length from filter 73 to the entrance of test chamber 15. The diameter of this second impedance capillary conduit is the same as that of the capillary 13, ie about 0.1 m
m. However, this is the
By inserting a wire 74 having an outer diameter of 0.075 mm inside the portion of mm or more, a considerably high flow impedance is formed. This is much less than 0.1 mm of the capillary 13, with a cross section of only about 0.0
Leave a 25 mm path. The size of the cold capillary inlet 72 is
4. Provide sufficient cooling to balance the thermal load entering the test chamber, provided by the capillary 13 even at high temperatures for test temperatures of less than 4.2 K and even when essentially blocked. Must be chosen to bring. If the impedance is too high, there is insufficient cooling and no liquid accumulates in the reservoir of the test chamber. If the impedance is too low, more liquid than necessary flows into the test chamber, thereby preventing the desired low temperature from being reached.

【0039】動作において、上述されたような4.2K
よりも高い高温では、ポンプ38によって与えられるテ
ストチャンバ15内の不足圧力は比較的低いレベルであ
り、気相の低温流体が毛管13および結合チューブ16
を介してテストチャンバへと容易に引き入れられること
を可能にする。毛管72のインピーダンスが高く、液相
の低温流体のみがこの高いインピーダンスの入口を通過
するために、この発明の装置がより高い温度で動作して
いるときに液体低温流体が実質的にテストチャンバ15
へと入らない。4.2K未満の低温動作では、毛管13
はそれに適用される比較的高い温度(約300K)によ
ってほとんど完全に遮断され、これはそれに接触する低
温流体の急速かつ完全な沸騰によるベーパロックを生じ
る。低温レベルで動作するためには、1mmHg以上ま
たは0.01psiの絶対圧の比較的高いレベルの真空
を適用することが必要である。毛管72の比較的高いイ
ンピーダンスのために、この例に対する最大の液体ヘリ
ウムの流量は約400cc/minである。高いレベル
の真空が維持される限り、液体の低温流体は高インピー
ダンス毛管72を介して流れ、1.5Kもの低い温度が
テストチャンバ15内で達成でき、無期限に維持でき
る。このような高いレベルの真空では、チューブ72内
の低温は4.2K未満である。チューブ72内の寒剤が
リザーバに晒されないので、冷却された液体は4.2K
に上昇されない。
In operation, 4.2K as described above.
At higher temperatures, the underpressure in the test chamber 15 provided by the pump 38 is at a relatively low level, and the gaseous cryogen flows into the capillary 13 and the coupling tube 16.
To be easily drawn into the test chamber via the Because the impedance of the capillary 72 is high and only liquid cryogen in the liquid phase passes through this high impedance inlet, the liquid cryogen substantially reduces the test chamber 15 when the device of the present invention is operating at higher temperatures.
Do not enter. For low temperature operation below 4.2K, the capillary 13
Is almost completely shut off by the relatively high temperature applied to it (approximately 300K), which results in vapor lock due to the rapid and complete boiling of the cryogenic fluid in contact with it. To operate at low temperatures, it is necessary to apply a relatively high level of vacuum of 1 mmHg or more or 0.01 psi absolute. Due to the relatively high impedance of the capillary 72, the maximum liquid helium flow for this example is about 400 cc / min. As long as a high level of vacuum is maintained, the liquid cryogenic fluid flows through the high impedance capillary 72, and temperatures as low as 1.5K can be achieved in the test chamber 15 and maintained indefinitely. At such a high level of vacuum, the low temperature in tube 72 is less than 4.2K. Since the cryogen in tube 72 is not exposed to the reservoir, the cooled liquid is 4.2K.
Not risen.

【0040】テストチャンバの温度を4.2Kのほぼ臨
界点で維持することが望ましい場合、ポンプ38によっ
て維持される真空のレベルはリザーバ内の標準気圧で維
持される1psiの圧力よりも僅かに小さいだけであ
る。温度を約4.2Kで維持する目的のために、約73
6mmHgまたは14.23psiの真空のレベルが適
用される。これは、4.2Kの連続的な動作が維持でき
るように、液体の沸点の低下を事実上引き起こさずに液
体寒剤が高インピーダンスチューブ72を介して引かれ
るようにする。これは、可変インピーダンスの毛管13
がすべて4.2K未満の温度に対して遮断モードで維持
されることを想定する。上述されたように、遮断モード
においても、毛管13を介する気体の寒剤の僅かな漏れ
があり、したがって、結合チューブ16および毛管13
を介してテストチャンバへと漏れる熱によって決定され
る液体ヘリウムの損失の割合がある。低温の高インピー
ダンス入口72はテストチャンバ内の支配的な熱負荷を
低温リザーバ12から冷たい液体ヘリウムを連続して引
き出すことによって相殺させる。約1psiの圧力差の
リザーバ12からの液体はインピーダンス72を介して
等エンタルピー的に広げられ、それによってリザーバの
4.2Kよりも低い温度でテストチャンバに達する。主
なリザーバ12からこのコラムの液体を介して伝えられ
る熱と(低温浴の外部の上部ではより温かい)装置から
の熱とが蒸発の潜在的な熱から利用可能な冷却装置の冷
却力の均衡をとるまで、テストチャンバ15内の低温リ
ザーバがこれらの条件下で充填し続けることに注目され
たい。
If it is desired to maintain the temperature of the test chamber at about the critical point of 4.2K, the level of vacuum maintained by pump 38 is slightly less than the 1 psi pressure maintained at the standard pressure in the reservoir. Only. For the purpose of maintaining the temperature at about 4.2K, about 73
A vacuum level of 6 mmHg or 14.23 psi is applied. This allows the liquid cryogen to be drawn through the high impedance tube 72 without causing a substantial drop in the boiling point of the liquid so that 4.2K continuous operation can be maintained. This is a variable impedance capillary 13
Are all maintained in shutdown mode for temperatures below 4.2K. As mentioned above, even in the shut-off mode, there is a slight leak of gaseous cryogen through the capillary 13 and therefore the coupling tube 16 and the capillary 13
There is a percentage of liquid helium loss that is determined by the heat leaking into the test chamber through. The cold high impedance inlet 72 counteracts the predominant heat load in the test chamber by continuously drawing cold liquid helium from the cold reservoir 12. Liquid from the reservoir 12 at a pressure differential of about 1 psi is isentically spread via the impedance 72, thereby reaching the test chamber at a temperature below 4.2K of the reservoir. The heat transferred from the main reservoir 12 via the liquid in this column and the heat from the device (warmer at the top outside the cold bath) balances the cooling power of the available cooling system from the potential heat of evaporation. Note that the cold reservoir in the test chamber 15 continues to fill under these conditions until

【0041】図2に関して上述された構造は、無限の期
間にわたって著しい温度変化なしで、約1.5Kから約
400Kの範囲内の所望の温度で連続してこの発明の低
温テストチャンバの動作を可能にする。さらに、テスト
チャンバは1.5Kから400Kの全範囲内の温度領域
で循環され得る。すなわち、たとえば3Kから50Kの
間で温度を円滑に変化させることによってサンプルに対
して磁気測定テストを行なうことが望ましいならば、こ
の装置はこれを行なうことができる。
The structure described above with respect to FIG. 2 allows continuous operation of the cryogenic test chamber of the present invention at a desired temperature in the range of about 1.5K to about 400K without significant temperature changes for an infinite period of time. To Further, the test chamber may be cycled in a temperature range within the full range of 1.5K to 400K. That is, if it is desired to perform a magnetic measurement test on the sample, for example, by smoothly varying the temperature between 3K and 50K, the apparatus can do so.

【0042】図3の制御装置は図2の構造とともに、先
行技術で知られた低温テスト装置によってこれまでは利
用可能ではなかったテストの達成を可能にする。図3の
制御装置75は好ましくは多チャンネルでマイクロプロ
セッサに基づくプログラム可能な測定および制御装置
(通常R/Gブリッジと称される)である。一般に、制
御装置75は広いダイナミックレンジにわたって異なっ
たタイプの温度センサを用いて温度の正確な測定および
制御ができる。一例および好ましい実施例として、制御
装置75は、2つの独立した比例積分偏差(P.I.
D.)に基づくソフトウェアコントローラによって外部
で調整される15ワットの2つの出力制御チャネルを組
み入れる。(GPIBインタフェースのような)適切な
インタフェース77を介して制御装置75に連結される
フルコンピュータタイプのシステム76が典型的に用い
られて、P.I.D.に基づく温度制御ソフトウェアを
動作し、図2の実施例の所望の目的を達成するためのイ
ンタフェースをユーザに与える。図3の制御システムに
ホストコンピュータ76が存在するため、ユーザコマン
ド、P.I.D.時定数、利得および他のプロセス変数
の容易な記憶および操作が与えられる。制御装置75に
おける15ワットの2つの制御チャネルは、ユーザから
リンク77を介して受取られたコマンドを達成する温度
計54によって集められたフィードバック情報を用いて
加熱器22、ポンプ38およびバルブを調整する。制御
装置75内のメモリ(ROM)81における広範囲にわ
たるファームウェアレジデントは、コンピュータ76に
おける制御ソフトウェアレジデントによってリンク77
を介して渡される簡単であるが強力な組の実施コマンド
を用いて複雑な制御システムを構成させる。温度計54
のキャリブレーションファイル(温度計抵抗値に対応す
る温度示度)は、コンピュータ76におけるP.I.
D.に基づくソフトウェアレジデントによって達成され
る有効温度制御の前に抵抗から温度への遷移を制御装置
75内で達成させるメモリ81内に記憶される。この設
計はシステムの全体の制御応答を著しく高め、これは、
コンピュータ76における制御P.I.D.に基づくソ
フトウェアレジデントが温度計54の温度応答に通常関
連した抵抗における非線形性によって影響を及ぼされな
いためである。実際問題として、制御装置75によって
リンク77を介して温度フィードバック示度に与えられ
る線形入力の能力は、コンピュータ76における制御ソ
フトウェアレジデントによるより厳密な制御ループ調整
をもたらす。後述されるように、この構成はたとえば、
図2の実施例に装置の温度範囲のいかなるサブセグメン
ト内においても制御温度を円滑に移行させる。
The control arrangement of FIG. 3, together with the structure of FIG. 2, enables the achievement of tests not previously available with the low-temperature test arrangements known in the prior art. Controller 75 of FIG. 3 is preferably a multi-channel, microprocessor-based programmable measurement and control unit (commonly referred to as an R / G bridge). In general, the controller 75 can accurately measure and control temperature using different types of temperature sensors over a wide dynamic range. As an example and a preferred embodiment, the controller 75 includes two independent proportional-integral deviations (P.I.
D. ) Incorporates two 15 watt power control channels that are externally regulated by a software controller. A full computer type system 76 coupled to a controller 75 via a suitable interface 77 (such as a GPIB interface) is typically used, I. D. Operating the temperature control software based on the user interface to provide the user with an interface to achieve the desired purpose of the embodiment of FIG. The presence of the host computer 76 in the control system of FIG. I. D. Easy storage and manipulation of time constants, gains and other process variables is provided. The two control channels of 15 watts in the controller 75 use the feedback information gathered by the thermometer 54 to accomplish the commands received from the user via the link 77 to regulate the heater 22, pump 38 and valves. . Extensive firmware resident in the memory (ROM) 81 in the controller 75 is linked by a control software resident in the computer 76 to a link 77
A simple but powerful set of enforcement commands passed through is used to configure complex control systems. Thermometer 54
The calibration file (temperature reading corresponding to the thermometer resistance value) is I.
D. The transition from resistance to temperature is accomplished in the controller 81 prior to the effective temperature control achieved by the software resident based on This design significantly enhances the overall control response of the system,
The control P. I. D. Is not affected by nonlinearities in the resistance normally associated with the temperature response of the thermometer 54. As a practical matter, the ability of the linear input provided by the controller 75 to the temperature feedback reading via the link 77 results in a tighter control loop adjustment by the control software resident in the computer 76. As described below, this configuration can be
The embodiment of FIG. 2 provides a smooth transition of the control temperature within any sub-segment of the temperature range of the device.

【0043】この発明では、テストチャンバ内に液体を
収集するために先行技術のシステムによって頻繁に必要
とされる中間状態の必要性なしに、制御システムは、
4.2Kにまたがって円滑に遷移し、かつ4.2Kより
も上、4.2K、またはそれよりも下の温度を無期限に
維持する能力を与える。上述のように、中間状態は、よ
り低い温度を達成し、一般には4.2Kより下での安定
性を維持するために先行技術において必要であった。実
際問題として、図4における温度対冷却時間のプロット
によって示されるように、中間状態85は典型的に恐ら
く数分間(10−20分)持続し、ここでソフトウェア
およびハードウェアの変化が低温制御モードを開始する
ために恐らく行なわれる。低温モードは、テストチャン
バ15内の寒剤の低減された気体の流れが高い真空レベ
ルの確立で達成される状態を含む。中間状態の終わりで
は、制御システムは、温度計54によって読取られるよ
うな所望の目標温度を達成するために適切な真空レベル
を適用するであろう。しかしながら、低温モードに適切
なハードウェアおよびソフトウェアの必要とされる設定
を達成するために必要な長い時間のために、熱的な不安
定を引き起こす温度変動91(図5)が、温度を4.2
Kちょうどに調整するように試み、一般に低温モードと
高温モードとの間を円滑に切換えるように試みる際に通
常遭遇される問題である。これは、いかなる既知の先行
技術で用いられる装置も、テストチャンバ15内に存在
する液体の量をすばやく調整し、かつその冷却力を高温
から低温へと円滑に遷移させるのに効果的に用いること
が本来不可能であったためである。
In accordance with the present invention, without the need for intermediate conditions frequently required by prior art systems to collect liquid in a test chamber, the control system includes:
It provides a smooth transition across 4.2K and the ability to maintain temperatures above 4.2K, 4.2K or below indefinitely. As noted above, the intermediate state was required in the prior art to achieve lower temperatures and maintain stability, generally below 4.2K. As a practical matter, the intermediate state 85 typically lasts for perhaps a few minutes (10-20 minutes), as shown by the plot of temperature versus cooling time in FIG. Probably done to start. The low temperature mode includes conditions where reduced cryogen gas flow within the test chamber 15 is achieved with the establishment of a high vacuum level. At the end of the intermediate state, the control system will apply the appropriate vacuum level to achieve the desired target temperature as read by thermometer 54. However, due to the long time required to achieve the required settings of hardware and software appropriate for the low temperature mode, temperature fluctuations 91 (FIG. 5) causing thermal instability cause the temperature to rise to 4.0. 2
This is a problem commonly encountered when trying to adjust K exactly and generally trying to switch smoothly between a low temperature mode and a high temperature mode. This means that any known prior art device can be used effectively to quickly adjust the amount of liquid present in the test chamber 15 and to smoothly transition its cooling power from hot to cold. Was originally impossible.

【0044】この発明では、これらの欠点はテストチャ
ンバ内に液体を収集するための専用または中間の状態の
必要性をなくすことによって未然に防がれる。低温モー
ドの動作が達成されるべき場合、より高いレベルの電流
が加熱エレメント14に供給され、フィードバックセン
サ41は300Kのような予め定められた高いレベルが
いつ達成されたのかを示す。上述されたように、この動
作は毛管13および結合チューブ16を介してテストチ
ャンバに至る液体寒剤の流れを効果的に遮断する。この
動作は、低温動作モードによって必要とされる、テスト
チャンバ15内の高い真空レベルの確立のために必要な
ヘリウムの流れを急速(30秒未満)に変化させるため
の手段を与えるのに加えて、図2に示される二重インピ
ーダンス装置を用いることによって、4.2Kより下で
温度を確立するために必要な冷却力を与える冷たい液体
の一定した供給を生じる。高インピーダンス毛管72を
介して収集された液体はヘリウムリザーバ12とは熱的
に分離され、所望の低下された(4.2Kより下の)温
度でテストチャンバに達する。したがって、温度が4.
2Kを通って低下されるときに、高インピーダンス毛管
72によってテストチャンバ内の液体ヘリウムを自動的
に収集することによって安定した環境が常に維持され
る。10K未満の温度では、ワイヤ74によって制限さ
れる、高インピーダンス毛管72を介する流れだけで、
低温モードで温度を調整するための冷却をもたらすのに
十分である。これによって、図6に示されるように、ユ
ーザは4.2Kを通って冷却モードまたは加熱モードの
いずれかにおいて温度を円滑に遷移可能である。
With the present invention, these disadvantages are obviated by obviating the need for a dedicated or intermediate condition for collecting liquid in the test chamber. If a low temperature mode of operation is to be achieved, a higher level of current is supplied to the heating element 14 and the feedback sensor 41 indicates when a predetermined high level, such as 300K, has been achieved. As described above, this operation effectively blocks the flow of liquid cryogen through capillary 13 and coupling tube 16 to the test chamber. This operation, in addition to providing a means for rapidly (less than 30 seconds) changing the helium flow required for the establishment of a high vacuum level in the test chamber 15 as required by the low temperature mode of operation. Using the dual impedance device shown in FIG. 2 results in a constant supply of cold liquid that provides the necessary cooling power to establish the temperature below 4.2K. Liquid collected via high impedance capillary 72 is thermally separated from helium reservoir 12 and reaches the test chamber at the desired reduced temperature (below 4.2K). Therefore, if the temperature is 4.
A stable environment is maintained at all times by automatically collecting liquid helium in the test chamber by the high impedance capillary 72 when lowered through 2K. At temperatures below 10K, only flow through the high impedance capillary 72, limited by wire 74,
Sufficient to provide cooling to regulate the temperature in the low temperature mode. This allows the user to smoothly transition the temperature through 4.2K in either the cooling mode or the heating mode, as shown in FIG.

【0045】この低温モードでは、所望の温度に依存し
て、ポンプ38によって確立される真空レベルを調整す
るバルブに調節がなされる。動作温度がほぼ4.2Kで
あるべきならば、ポンプ38での真空レベルは約736
mmHgを超えない。テストが行なわれるべき温度レベ
ルがほぼ1.5Kであるならば、真空レベルは約1mm
Hg以上に増大される。もちろん、制御装置75は真空
のレベルに絶えずフィードバックを有する。上述のよう
に、最も高いレベルの真空は1mmHg未満であろう
が、 4Heのほぼ沸点での均衡は比較的低く、約736
mmHgであろう。
In this low temperature mode, an adjustment is made to a valve that adjusts the vacuum level established by pump 38 depending on the desired temperature. If the operating temperature should be approximately 4.2K, the vacuum level at pump 38 should be about 736
does not exceed mmHg. If the temperature level at which the test is to be performed is approximately 1.5K, the vacuum level is about 1 mm
Hg or more. Of course, controller 75 has constant feedback on the level of vacuum. As described above, the highest level of vacuum is will be less than 1 mmHg, the relatively low equilibrium at about the boiling point of 4 the He, about 736
mmHg.

【0046】4.2Kより上である高温モードで動作す
る際、適切に小さい電流が加熱エレメント14に送ら
れ、同時に毛管13の温度がセンサ41によって読取ら
れる。一般に、液体が毛管を流れるときにそれを沸騰さ
せるのに十分高いがそこを通る質量流量の割合を著しく
低下させるほど高くはない約10Kに毛管の温度を上昇
させることが望ましいであろう。この温度は、約10K
未満の温度で超電導モードにおいて電流を導通する抵抗
ワイヤのような材料を温度センサ41のために用いるこ
とによって都合よく維持される。このようなワイヤで
は、超電導モードにある際、センサの電気抵抗がほぼ0
まで低下し、制御装置75はセンサ41がその超電導モ
ードにあるかどうかを判断することによって毛管13の
温度を決定する。これは、ポンプ38によって生じる不
足圧力によってそこに引き入れられた、気体の形態の低
温流体をテストチャンバ15へともたらし、そのレベル
は制御装置75によって正確に制御される。ポンプ38
への信号は、与えられる真空レベルについての一定した
情報を与えるポンプ38からのフィードバック信号を含
むことに注目されたい。上述されたように、気体の寒剤
がテストチャンバ15へと連続して与えられる高温モー
ドで動作する際、真空レベルは極めて低く、約760m
mHgに近く、ヘリウムガスの約200cc/min.
の流量を生じる、ヘリウムリザーバに維持される1ps
iの不足圧力のみにおいて効果的に動作させる。熱セン
サ54は入力信号を制御装置75に与え、電流は図3に
示されるように加熱エレメント22に与えられる。した
がって、操作者がテストチャンバを所望の動作温度に入
れるとき、制御装置75はテストチャンバにおける温度
を絶えず読取り(センサ54)、加熱エレメント22を
介して適宜さらなる熱を与える。高温動作中は通常、真
空レベルはテストチャンバに気体の低温流体の連続的な
供給を与えるのに適切なように真空レベルが決定され、
これはより低い温度まで冷却する際を除き通常変化され
ない。
When operating in the high temperature mode, which is above 4.2 K, a suitably small current is sent to the heating element 14 while the temperature of the capillary 13 is read by the sensor 41. In general, it would be desirable to increase the temperature of the capillary to about 10K, which is high enough to boil the liquid as it flows through the capillary, but not high enough to significantly reduce the rate of mass flow therethrough. This temperature is about 10K
It is conveniently maintained by using a material for the temperature sensor 41 such as a resistive wire that conducts current in superconducting mode at a temperature less than. With such a wire, when in the superconducting mode, the electrical resistance of the sensor is almost zero.
The controller 75 determines the temperature of the capillary 13 by determining whether the sensor 41 is in its superconducting mode. This results in a cold fluid in gaseous form drawn into it by the underpressure created by the pump 38 into the test chamber 15, the level of which is precisely controlled by the controller 75. Pump 38
Note that the signal to includes a feedback signal from the pump 38 that provides constant information about the applied vacuum level. As described above, when operating in a high temperature mode in which gaseous cryogen is continuously applied to the test chamber 15, the vacuum level is very low, about 760 m.
mHg, approximately 200 cc / min. of helium gas.
1 ps maintained in the helium reservoir, producing a flow rate of
Operate effectively only at under pressure i. Thermal sensor 54 provides an input signal to controller 75, and current is provided to heating element 22 as shown in FIG. Thus, as the operator places the test chamber at the desired operating temperature, the controller 75 constantly reads the temperature in the test chamber (sensor 54) and provides additional heat as appropriate via the heating element 22. Typically, during high temperature operation, the vacuum level is determined to be appropriate to provide a continuous supply of a cryogenic fluid of gas to the test chamber;
This is not normally changed except when cooling to lower temperatures.

【0047】操作者が動作温度をたとえば2.8Kに設
定すると、制御装置75におけるプログラムは、毛管1
3を通る寒剤の流れを遮断するために高い電流を加熱エ
レメント14に直ちに与え、加熱エレメント22へのい
かなる電流も遮断し、ほぼ381mmHgまたは7.2
psiの絶対圧のような、ポンプ38によって適用すべ
き真空レベルを決定するためにフィードバックモードで
能動的に制御する。所望の動作温度が50Kであるなら
ば、加熱エレメント14は上述されたようにほぼ10K
まで加熱され、電力が加熱エレメント22に与えられ
て、センサ54によって決定されるように50Kまでテ
ストチャンバ15内の温度を上昇させるであろう。これ
は、制御装置75がセンサ54からの連続的な示度に基
づいて加熱エレメント22に電流を供給するように一定
したフィードバック動作である。同時に、ポンプ38に
よって与えられる真空レベルは、760mmHgに近い
極めて低いレベルにとどまる。
When the operator sets the operating temperature to, for example, 2.8 K, the program in the controller 75
3. Immediately apply a high current to the heating element 14 to interrupt the flow of cryogen through the heating element 3 and interrupt any current to the heating element 22 to approximately 381 mmHg or 7.2.
Active control in a feedback mode to determine the vacuum level to be applied by pump 38, such as psi absolute. If the desired operating temperature is 50K, the heating element 14 will be approximately 10K as described above.
And power will be applied to the heating element 22 to raise the temperature in the test chamber 15 to 50K as determined by the sensor 54. This is a constant feedback operation such that the controller 75 supplies current to the heating element 22 based on continuous readings from the sensor 54. At the same time, the vacuum level provided by pump 38 remains at a very low level, close to 760 mmHg.

【0048】この発明の装置を低いポイントと高いポイ
ントとの間、たとえば1.5Kと100Kとの間を連続
的な移行モードで動作させることが可能である。このモ
ードの動作では、制御装置75は、手段77でユーザに
よって特定される目標温度まで円滑に上昇する可動の温
度設定ポイントで温度調整を常に維持する。たとえば、
100Kの目標テスト温度では、1.5Kから100K
の間のアプローチの割合(K/min)に従って制御装
置75によって計算される多くの設定ポイントがあり得
る。目標に達するまで、設定ポイントまたはマイルスト
ーンを達するごとに新しいものが確立される。制御シス
テム75は温度センサ41および54から集められた情
報を用いて、中間温度で休止する必要なしにユーザの所
望する割合で目標温度に移行するようにアクチュエータ
(加熱器14および22、ならびにポンプ38とテスト
チャンバ内のそのバルブとによって確立される真空レベ
ル)を制御する。実際問題として、テストチャンバ内の
所望の温度を確立するために必要とされる、温度計54
からのフィードバック情報を用いて、スループットを調
整するバルブを次第に開くことによって、制御装置75
は加熱器22の設定とポンプ38によって確立される真
空レベルとを次第に変化させる。制御装置75の動的局
面は、4.2Kの沸点に接近する際の温度変化の速度に
依存して可変インピーダンスの毛管13が異なった温度
で遮断され得ることである。冷却が4.2Kの近傍で比
較的早く(7K/minよりも典型的に高い割合で)達
成されるならば、加熱エレメント14はセンサ54によ
って示されるようにテストチャンバ15が約10Kであ
るときにほぼ300Kの遮断レベルまで上昇される。し
かしながら、冷却サイクルが(ほぼ7K/min未満の
割合で)比較的ゆっくりと進行しているならば、毛管1
3の遮断はセンサ54が約6Kを示すときに起こり得
る。上述のように、最も高い真空レベルは1mmHg以
上の範囲であろうが、ヘリウムの沸点での均衡は約73
6mmHgで比較的低いであろう。動作温度がほぼ4.
2Kであるべきならば、高インピーダンス入口を通る液
体の流れは約736mmHgを超えない真空レベルで温
度の安定性を維持するのに十分である。
It is possible to operate the device of the invention in a continuous transition mode between a low point and a high point, for example between 1.5K and 100K. In this mode of operation, the controller 75 always maintains temperature regulation at a movable temperature set point that smoothly rises to a target temperature specified by the user at means 77. For example,
1.5K to 100K at 100K target test temperature
There may be many set points calculated by the controller 75 according to the approach rate (K / min). Every time a set point or milestone is reached, a new one is established until the goal is reached. The control system 75 uses the information gathered from the temperature sensors 41 and 54 to move the actuators (heaters 14 and 22 and pump 38) to the target temperature at the rate desired by the user without having to pause at intermediate temperatures. And the vacuum level established by the valve in the test chamber). As a practical matter, the thermometer 54 needed to establish the desired temperature in the test chamber
By gradually opening the valve for adjusting the throughput using the feedback information from
Gradually changes the setting of the heater 22 and the vacuum level established by the pump 38. A dynamic aspect of the controller 75 is that the variable impedance capillary 13 can be shut off at different temperatures depending on the rate of temperature change as it approaches the 4.2 K boiling point. If cooling is achieved relatively quickly in the vicinity of 4.2K (typically at a rate higher than 7K / min), the heating element 14 as indicated by the sensor 54 when the test chamber 15 is at about 10K To a cutoff level of approximately 300K. However, if the cooling cycle is proceeding relatively slowly (at a rate of less than approximately 7 K / min), the capillary 1
An interruption of 3 may occur when the sensor 54 indicates about 6K. As mentioned above, the highest vacuum level will be in the range of 1 mmHg or more, but the balance at the boiling point of helium is about 73
It will be relatively low at 6 mmHg. Operating temperature is almost 4.
If it should be 2K, the flow of liquid through the high impedance inlet is sufficient to maintain temperature stability at vacuum levels not exceeding about 736 mmHg.

【0049】毛管13の遮断より下の動作温度でこの発
明の装置の動作を反復するために、液体の形態の寒剤
は、テスト温度がいかに低いべきかに依存して、比較的
高い真空の下ほとんど毛管72だけを介してテストチャ
ンバに入る。毛管13の遮断ポイントの上では、実質的
にすべての寒剤が毛管13によってテストチャンバに入
り、気体の状態である。遷移状態では、寒剤は両方の毛
管を介してテストチャンバに入り得る。
In order to repeat the operation of the device of the present invention at operating temperatures below the cut-off of the capillary 13, the cryogen in liquid form depends on how low the test temperature should be under relatively high vacuum. The test chamber is entered almost exclusively through the capillary 72. Above the blocking point of the capillary 13, substantially all of the cryogen enters the test chamber via the capillary 13 and is in a gaseous state. In the transition state, cryogen can enter the test chamber via both capillaries.

【0050】この発明の重要な局面は、制御装置75が
所望の温度、または温度変化の割合を達成または維持
し、またはその両方を行なうために図2の装置を調節で
きる速度である。連続的なフィードバックループでは、
制御装置75はテストチャンバでセンサ54から示度を
とり、目標温度が非常に狭い公差(典型的には約0.5
%)で維持されるか、または温度移行が不連続性なしで
行なわれるように、テストチャンバに適用される真空の
レベルまたは熱のレベルを連続的に調節する。
An important aspect of the present invention is the rate at which controller 75 can adjust the apparatus of FIG. 2 to achieve and / or maintain the desired temperature, or rate of temperature change, or both. In a continuous feedback loop,
The controller 75 takes readings from the sensor 54 in the test chamber and determines that the target temperature has a very tight tolerance (typically about 0.5
%) Or continuously adjust the level of vacuum or heat applied to the test chamber such that the temperature transition is performed without discontinuities.

【0051】加熱器14および22と、センサ41およ
び54と、ポンプ38とが単数形で示されているが、こ
れらのどれもが動作速度または向上した正確さのために
必要であるならば複数のエレメントを含んでもよい。特
定的な温度、圧力または他の詳細は例示のみのために与
えられる。
Although heaters 14 and 22, sensors 41 and 54, and pump 38 are shown in singular, any of these may be multiple if required for operating speed or increased accuracy. May be included. Specific temperatures, pressures or other details are given by way of example only.

【0052】上の説明を考慮して、当業者はこの発明の
変更および改良を想起するであろう。この発明は前掲の
特許請求の範囲の精神および範疇によってのみ限定さ
れ、十分な考慮が均等物の適切な範囲に与えられる。
In view of the above description, those skilled in the art will perceive modifications and improvements of the present invention. The invention is limited only by the spirit and scope of the following claims, with due consideration given to the appropriate scope of equivalents.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明に従った低温液体および温度調整装置
を含む低温容器の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a cryogenic container including a cryogenic liquid and a temperature adjusting device according to the present invention.

【図2】この発明の装置の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the device of the present invention.

【図3】この発明の制御部分の簡略化された概略図であ
り、図2の装置の電気コンポーネントへの電気接続を示
す図である。
3 is a simplified schematic diagram of the control part of the invention, showing the electrical connections to the electrical components of the device of FIG. 2;

【図4】テストチャンバの温度を下げるときの、典型的
な先行技術の温度調整装置のための温度(ケルヴィン)
対時間のプロット図である。
FIG. 4 shows the temperature (Kelvin) for a typical prior art temperature regulator when lowering the temperature of the test chamber.
FIG. 4 is a plot of time versus time.

【図5】テストチャンバの温度を上げるときの、図4の
先行技術の装置のための温度対時間のプロット図であ
る。
FIG. 5 is a plot of temperature versus time for the prior art apparatus of FIG. 4 as the temperature of the test chamber is increased.

【図6】テストチャンバの温度を上げ下げするときの、
この発明の温度対時間のプロット図である。
FIG. 6 shows how to raise and lower the temperature of the test chamber.
FIG. 4 is a plot of temperature versus time for the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 低温リザーバ 13 毛管 15 テストチャンバ 72 毛管 12 Cold reservoir 13 Capillary tube 15 Test chamber 72 Capillary tube

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ステファノ・スパーニャ アメリカ合衆国、92037 カリフォルニア 州、ラ・ホッラ、サウス・コースト・ブー ルバード、921 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Stefano Spagna United States, 92037 California, La Holla, South Coast Boulevard, 921

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 低温テストチャンバ内で温度を調整する
ための装置であって、前記装置は、 液相の流体のリザーバを低温で含むように適合された低
温容器と、 前記低温容器内にテストチャンバを規定する手段と、 前記低温容器の内部の低温流体と前記テストチャンバと
の間に流体流れ経路を規定するとともに、入口端部と前
記テストチャンバの内部と流体で通じる出口端部とを有
する第1の流体流れ手段と、 前記低温容器内に配置され、前記第1の流体流れ手段の
前記入口端部と前記低温容器内の前記低温流体との間に
接続され、流体の流れに対する第1のインピーダンスを
有する第1の毛管と、 前記第1の毛管と熱的に通じた毛管加熱器手段と、 前記テストチャンバと熱的に通じたテストチャンバ加熱
器手段と、 一般に前記低温容器の内部から分離されるとともに前記
第1の流れのインピーダンスよりもはるかに高い第2の
流れのインピーダンスを有する第2の毛管を部分的に含
み、前記低温容器の内部の前記低温流体と前記テストチ
ャンバとの間に接続された第2の流体流れ手段と、 前記テストチャンバを部分的に排出させて、前記低温容
器から選択的に前記第1の流体流れ手段および前記第2
の流体流れ手段を介して前記テストチャンバへと流体を
引き入れるように動作する排出手段とを含み、 前記装置が動作しているとき、前記テストチャンバが前
記低温流体の中へ延び、かつその内部に維持され、前記
第1の流体流れ手段および前記第2の流体流れ手段が前
記低温流体の表面下で前記低温容器内の前記低温流体内
に維持されるレベルで前記低温容器内の前記低温流体が
維持される、装置。
1. An apparatus for adjusting a temperature in a cryogenic test chamber, the apparatus comprising: a cryogenic vessel adapted to contain a reservoir of a liquid-phase fluid at a low temperature; Means for defining a chamber; defining a fluid flow path between the cryogenic fluid inside the cryogen vessel and the test chamber, and having an inlet end and an outlet end in fluid communication with the interior of the test chamber. A first fluid flow means, disposed in the cryogen vessel, connected between the inlet end of the first fluid flow means and the cryogenic fluid in the cryogen vessel; A first capillary having an impedance of; a capillary heater means in thermal communication with the first capillary; a test chamber heater means in thermal communication with the test chamber; A second capillary separated from the portion and having a second flow impedance much higher than the first flow impedance, wherein the cryogen and the test chamber are internal to the cryogen vessel. A second fluid flow means connected between; and evacuating the test chamber partially to selectively remove the first fluid flow means and the second fluid from the cryocontainer.
Exhaust means operable to draw fluid into the test chamber through the fluid flow means of the test chamber, wherein the test chamber extends into the cryogenic fluid when the device is operating, and Maintaining the first fluid flow means and the second fluid flow means below the surface of the cryogen in the cryogen in the cryogen at a level that is maintained in the cryogen. Maintained, equipment.
【請求項2】 前記毛管加熱器手段、前記テストチャン
バ加熱器手段、および前記排出手段に接続された制御手
段をさらに含む、請求項1に記載の装置。
2. The apparatus of claim 1, further comprising control means connected to said capillary heater means, said test chamber heater means, and said discharge means.
【請求項3】 前記第1の毛管と熱的に通じた第1の温
度センサ手段をさらに含み、前記第1の温度センサ手段
は出力を有する、請求項1に記載の装置。
3. The apparatus of claim 1, further comprising first temperature sensor means in thermal communication with said first capillary, wherein said first temperature sensor means has an output.
【請求項4】 前記テストチャンバと熱的に通じた第2
の温度センサ手段をさらに含み、前記第2の温度センサ
手段は出力を有する、請求項3に記載の装置。
4. A second test chamber in thermal communication with the test chamber.
4. The apparatus of claim 3, further comprising a temperature sensor means, wherein the second temperature sensor means has an output.
【請求項5】 前記毛管加熱器手段と、前記テストチャ
ンバ加熱器手段と、前記排出手段と、前記第1の温度セ
ンサ手段の前記出力と、前記第2の温度センサ手段の前
記出力とにフィードバック配列で接続された制御手段を
さらに含み、前記毛管加熱器手段、前記テストチャンバ
加熱器手段および前記排出手段は前記制御手段で確立さ
れる温度目標値に従った前記第1の温度センサ出力およ
び前記第2の温度センサ出力に応答して制御される、請
求項4に記載の装置。
5. A feedback to said capillary heater means, said test chamber heater means, said discharge means, said output of said first temperature sensor means and said output of said second temperature sensor means. Further comprising control means connected in an array, wherein the capillary heater means, the test chamber heater means and the discharge means are configured to output the first temperature sensor output according to a temperature setpoint established by the control means and the first temperature sensor output. The apparatus of claim 4, wherein the apparatus is controlled in response to a second temperature sensor output.
【請求項6】 前記制御手段は前記第2の温度センサ手
段によって実現されるべき温度目標値に入るための手段
を含む、請求項2に記載の装置。
6. Apparatus according to claim 2, wherein said control means includes means for entering a temperature setpoint to be realized by said second temperature sensor means.
【請求項7】 低温容器内の低温流体のリザーバに結合
された低温テストチャンバ内の温度を調整するための方
法であって、前記低温容器は、第1の加熱器と流体を前
記テストチャンバに結合する可変の第1の流れのインピ
ーダンスとを有した第1の毛管と、通常の第1の流れの
インピーダンスよりも実質的に高い安定した第2の流れ
のインピーダンスを有した第2の毛管とを含み、前記第
2の毛管は前記流体を前記テストチャンバに結合し、さ
らに、前記テストチャンバ内の第2の加熱器を含み、調
節可能な排出装置およびプログラム可能な制御装置があ
り、前記方法は、 前記制御装置において前記テストチャンバのための目標
温度を確立するステップと、 前記排出装置を作動させて前記テストチャンバ内で予め
定められた不足圧力を確立するステップと、 前記テストチャンバ内の温度を感知するステップと、 2つの毛管のうち少なくとも1つを介して低温流体を前
記テストチャンバに選択的に引き入れるステップと、 前記第1の加熱器、前記第2の加熱器および前記排出装
置を選択的に作動させて前記目標温度を達成し、維持す
るステップとを含む、方法。
7. A method for adjusting a temperature in a cryogenic test chamber coupled to a reservoir of cryogenic fluid in a cryogenic vessel, the cryogenic vessel providing a first heater and fluid to the test chamber. A first capillary having a variable first flow impedance coupled thereto; and a second capillary having a stable second flow impedance substantially higher than a normal first flow impedance. Wherein the second capillary couples the fluid to the test chamber, further comprising a second heater in the test chamber, wherein there is an adjustable drainage device and a programmable controller, the method comprising: Establishing a target temperature for the test chamber in the control device; and activating the exhaust device to establish a predetermined underpressure in the test chamber. Sensing the temperature in the test chamber; selectively drawing a cryogenic fluid into the test chamber via at least one of two capillaries; the first heater; Selectively operating the two heaters and the discharge device to achieve and maintain the target temperature.
【請求項8】 前記目標温度は約1.5Kから約400
Kの範囲である、請求項7に記載の方法。
8. The target temperature is between about 1.5K and about 400K.
8. The method of claim 7, wherein the range is K.
【請求項9】 前記目標温度は約1.5Kから約400
Kの範囲内のセグメントである、請求項8に記載の方
法。
9. The method of claim 1, wherein the target temperature is between about 1.5K and about 400K.
9. The method of claim 8, wherein the segments are in the range of K.
【請求項10】 前記テストチャンバ内の温度は前記範
囲を連続的に移行させられる、請求項8に記載の方法。
10. The method of claim 8, wherein the temperature in the test chamber is continuously shifted through the range.
【請求項11】 前記制御装置は前記排出装置を調節す
ることによって前記テストチャンバ内の不足圧力を変化
させる、請求項7に記載の方法。
11. The method of claim 7, wherein the controller changes the underpressure in the test chamber by adjusting the discharge device.
【請求項12】 前記テストチャンバ加熱器は、前記低
温流体の沸騰温度より上に前記テストチャンバ内の温度
を上げるために作動される、請求項7に記載の方法。
12. The method of claim 7, wherein the test chamber heater is operated to increase a temperature in the test chamber above a boiling temperature of the cryogenic fluid.
【請求項13】 前記低温流体は、前記第1の加熱器の
温度が予め定められたレベルに上げられるとき、前記テ
ストチャンバに入る前に気相に変換される、請求項7に
記載の方法。
13. The method of claim 7, wherein the cryogenic fluid is converted to a gas phase before entering the test chamber when the temperature of the first heater is raised to a predetermined level. .
【請求項14】 前記第1の毛管は、前記第1の加熱器
の温度がほぼ室温のレベルに上げられるとき、前記テス
トチャンバへの低温流体の流れを効果的に防ぐ、請求項
7に記載の方法。
14. The method of claim 7, wherein the first capillary tube effectively prevents the flow of cryogenic fluid to the test chamber when the temperature of the first heater is raised to a level near room temperature. the method of.
【請求項15】 前記第1の毛管を通る流れが第2の毛
管を介して前記テストチャンバへと低温流体を引き入れ
るために効果的に防がれるとき、前記テストチャンバ内
の前記不足圧力が上げられる、請求項14に記載の方
法。
15. The underpressure in the test chamber increases when flow through the first capillary is effectively prevented from drawing cryogenic fluid through the second capillary into the test chamber. 15. The method of claim 14, wherein the method is performed.
【請求項16】 前記テストチャンバ内の不足圧力を下
げることによって、前記テストチャンバ内の温度を前記
低温流体の沸騰温度より下に下げるステップをさらに含
む、請求項15に記載の方法。
16. The method of claim 15, further comprising reducing a temperature in the test chamber below a boiling temperature of the cryogen by reducing an underpressure in the test chamber.
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